(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の表面に近接させるプローブを先端部に有するカンチレバーと該カンチレバーの後端部を支持する支持部と、前記カンチレバーの前記プローブと反対側の面に設けられ、任意の角度に配置された反射面への入射光を照射する光源部と、該光源部から照射されて前記反射面を反射した反射光を受光する受光部とを含み、該受光部の受光位置によってカンチレバーの変位を検出する走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、
前記カンチレバーを上面視して該カンチレバーの長さ方向に延びるＹ軸と、前記反射面を通り前記Ｙ軸と直交する方向に延びるＸ軸とによって区画される領域のうち、前記Ｘ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面と平行な平面上の前記光源部から照射された光の光路上に、当該光の進行方向を変更する進行方向変更手段が少なくとも一つ設けられ、前記進行方向変更手段と前記光源部と前記受光部とが、前記カンチレバーの先端側の領域において、上面視して略環状に配置されており、
前記区画される領域の前記カンチレバーの先端側の２つの領域のうち、一方の領域の上方から前記Ｘ軸およびＹ軸に対してゼロ度よりも大きい角度で前記入射光を入射させ、かつ、他方の領域の上方へ前記Ｘ軸およびＹ軸に対してゼロ度よりも大きい角度で前記反射光を反射させるように、前記入射光の入射角を決定することを特徴とする走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。
【請求項２】
前記光源部から照射された光の光路上に、光路長のズレを補正する光路長補正手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。
【請求項３】
前記プローブ、カンチレバーまたは試料の少なくとも一つが観察可能な任意の位置に対物レンズを配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。
【請求項４】
前記プローブ、カンチレバーまたは試料の少なくとも一つに任意の方向から照明光を照射することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。
【請求項５】
前記光源部から照射された光の光路上に、シリンドリカルレンズが設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。
【請求項６】
前記反射面から反射され、前記受光部に至る前記光の光路上に、集光レンズが設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。
【請求項７】
前記プローブと対向する位置に散乱板を配置し、前記プローブを有するカンチレバーの上方または下方の任意の位置に対物レンズを配置し、前記光源部から照射させた光を散乱板により散乱させて、前記対物レンズによりカンチレバーと散乱光のスポットを観察しながら、前記カンチレバーの反射面にスポットの位置合わせを行うことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構を含むことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の表面にプローブを近接させて走査することにより、試料の表面形状や粘弾性等の各種の物性情報を測定する走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構およびこれを有する走査型プローブ顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、金属、半導体、セラミック、樹脂、高分子、生体材料、絶縁物等の試料を微小領域にて測定し、試料の粘弾性等の物性情報や試料の表面形状の観察等を行う装置として、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope）が知られている。【０００３】
これら走査型プローブ顕微鏡の中には、反射面を有する長尺状のカンチレバーと、このカンチレバーを片持ち支持するカンチレバーホルダと、光を照射する光源部と、この光源部から照射された光を受光する受光部と、を備えたものが周知となっている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
このような構成のもと、光源部から反射面に光を照射すると、反射面によって反射された光が受光部に到達する。このとき、例えば試料の凹凸形状に応じてカンチレバーが撓むと、受光部への到達ポイントがズレることになる。そこで、それら到達ポイントを測定することにより、試料の凹凸形状を測定することができる。【０００５】
ここで、試料の詳細測定を行う前に、初期観察を行って測定箇所を特定すると、効率の良い詳細測定が可能となる。そのため、試料やカンチレバーの上方や下方に、対物レンズや照明系を配置することにより、試料の光学像が得られ、これにより、例えば試料の表面の傷などが観察されて測定すべき箇所が特定される。【０００６】
しかし、測定効率を向上させるために、試料やカンチレバーの上方や下方に、対物レンズや照明系を配置すると、上述の光源部や受光部を設置するスペースが少なくなるため、光源部からの光を上方から垂直に反射面にあてることができなくなる。そこで、光源部からの光を斜めから反射面に照射することが考えられる。
【特許文献１】特開２０００−３４６７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、単に斜めから照射するだけでは、対物レンズや照明系、カンチレバーホルダ、あるいは、カンチレバーと一体に成形されたベース部分などに光源部からの光があたってしまい、その進行が遮られてしまう。そのため、反射面や受光部などに適切に光を到達させることができず、測定自体が困難になるという問題がある。【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、試料やカンチレバーの上方や下方に対物レンズや照明系を配置しても、迅速かつ高精度に測定することができる走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構およびこれを含む走査型プローブ顕微鏡を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。【００１０】
試料の表面に近接させるプローブを先端部に有するカンチレバーと該カンチレバーの後端部を支持する支持部と、前記カンチレバーの前記プローブと反対側の面に設けられ、任意の角度に配置された反射面への入射光を照射する光源部と、該光源部から照射されて前記反射面を反射した反射光を受光する受光部とを含み、該受光部の受光位置によってカンチレバーの変位を検出する走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、前記カンチレバーを上面視して該カンチレバーの長さ方向に延びるＹ軸と、前記反射面を通り前記Ｙ軸と直交する方向に延びるＸ軸とによって区画される領域のうち、前記Ｘ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面と平行な平面上の前記光源部から照射された光の光路上に、当該光の進行方向を変更する進行方向変更手段が少なくとも一つ設けられ、前記進行方向変更手段と前記光源部と前記受光部とが、前記カンチレバーの先端側の領域において、上面視して略環状に配置されており、前記区画される領域の前記カンチレバーの先端側の２つの領域のうち、一方の領域の上方から前記Ｘ軸およびＹ軸に対してゼロ度よりも大きい角度で前記入射光を入射させ、かつ、他方の領域の上方へ前記Ｘ軸およびＹ軸に対してゼロ度よりも大きい角度で前記反射光を反射させるように、前記入射光の入射角を決定することを特徴とする。
【００１２】
これにより、カンチレバーの先端側上方の開放されたスペースを利用することができ、光源部からの光の進行を遮らせることなく、その光を反射面に容易に到達させることができる。【００１３】
また、上記のＳＰＭ走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、反射面に入射した光が、Ｙ軸を挟んで反対側の領域の上方に、Ｘ軸およびＹ軸に対して傾けて反射するようにしてもよい。【００１４】
これにより、反射面からの反射光の進行を遮らせることなく、その反射光を受光部に容易に到達させることができる。
【００１５】
これにより、ＸＹ平面上のスペースを有効利用することができ、小型化を容易にすることができる。【００１６】
ここで、進行方向変更手段、光源部および受光部は、略環状に配置されていることから、前記光は、カンチレバーの先端側の領域において、上面視して略環状に進行する。そのため、カンチレバーの上方に対物レンズやコンデンサレンズなどを配置しても、前記光は、それら対物レンズやコンデンサレンズなどに遮られることなく進行する。
【００１７】
これにより、ＸＹ平面上のスペースをより有効利用することができる。【００１８】
さらに、上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、前記光源部から照射された光の光路上に、光路長のズレを補正する光路長補正手段を備えることで、光路長変更手段により、光路長のズレが補正してもよい。【００１９】
これにより、液中測定と空気中測定とで光路長にズレが生じても、迅速かつ容易にそのズレを補正することができる。【００２０】
さらに、本発明の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構では、前記プローブ、カンチレバーまたは試料の少なくとも一つが観察可能な任意の位置に対物レンズを配置したことを特徴とする。【００２１】
これにより、前記走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構によって対物レンズが邪魔されることなく、プローブ、カンチレバーまたは試料のいずれか一つに対物レンズを一層近づけることができ、そのため高ＮＡの対物レンズを設けることができる。【００２２】
さらに、本発明の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構では、前記プローブ、カンチレバーまたは試料の少なくとも一つに任意の方向から照明光を照射することを特徴とする。【００２３】
これにより、前記走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構によって照明光が邪魔されることなく、高精度な初期観察を行うことができる。【００３５】
また、上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、前記光源部から照射された光の光路上に、シリンドリカルレンズが設けて、光源部から照射された光が、シリンドリカルレンズを透過するようにしてもよい。【００３６】
これにより、非点収差を補正することができ、高精度な測定を行うことができる。【００３７】
また、上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、前記反射面から反射され、前記受光部に至る前記光の光路上に、集光レンズが設けて、反射面から反射した光が集光レンズを透過するようにしてもよい。【００３８】
これにより、受光部に到達するスポットを、受光面内に収まるように適切な大きさにするとともに、光が進む媒質やカンチレバーの種類の違いにより、反射光がずれた場合でも、受光可能な一定の領域に光を集光することができる。【００３９】
さらに、上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構において、前記プローブと対向する位置に散乱板を配置し、前記プローブを有するカンチレバーの上方または下方の任意の位置に対物レンズを配置し、前記光源部から照射させた光を散乱板により散乱させて、前記対物レンズによりカンチレバーと散乱光のスポットを観察しながら、前記カンチレバーの反射面にスポットの位置合わせを行うようにしてもよい。【００４０】
これにより、対物レンズの光軸に対して光源部からの光を斜めから照射させた場合でも、散乱光を観察することにより光のスポットを観察することができ、カンチレバーの反射面にスポットの位置合わせを容易に行うことができる。【００４１】
また、本発明は、上記の走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構を備えた走査型プローブ顕微鏡であることを特徴とする。【００４２】
この発明に係る走査型プローブ顕微鏡においては、上記請求項１から請求項１６のいずれかの発明と同様の効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、試料やカンチレバーの上方や下方に対物レンズや照明系を配置しても、光源部からの光の進行を遮らせることなく、その光をカンチレバーの反射面に容易に到達させることができる。【００４４】
また、走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構を薄型に構成することができるため、高ＮＡの対物レンズや照明系のコンデンサレンズを使用することが可能となり、分解能が高く鮮明な光学顕微鏡像を得ることができる。これにより、走査型プローブ顕微鏡と光学顕微鏡を組み合わせ、この光学顕微鏡によって、より高精度に被測定箇所の位置決めを行うことができ、迅速かつ高精度に走査型プローブ顕微鏡像を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の第１の実施例を示す図であって、（ａ）は走査型プローブ顕微鏡の正面図、（ｂ）は（ａ）において符号Ｅによって示す領域の拡大図である。
【図２】図１のステージ微動機構部を拡大して示す平面図である。
【図３】図２のステージ微動機構部を示す底面図である。
【図４】図１のプローブ微動機構部を拡大して示す平面図である。
【図５】図４のプローブ微動機構部に変位検出機構部が設けられた様子を示す平面図である。
【図６】図４の変位検出機構部によって、反射面に光が入射する様子を示す説明図である。
【図７】図５のI−I線矢視図である。
【図８】図５の変位検出機構部の光路を一部簡略化して直線上に展開した光路図である。
【図９】カンチレバーの反射面への入射光線をＸ−Ｚ平面に投影した光路図である。
【図１０】（ａ）散乱板の平面図である。
【００４６】
（ｂ）(a)のＭ−Ｍ断面図である
【図１１】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の第２の実施例を示す正面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    走査型プローブ顕微鏡
１０  対物レンズ
１４  反射面
２０  カンチレバー
２０ａ  後端（後端部）
２１  プローブ
２２  カンチレバーホルダー（支持部）
２６  プローブ微動機構部（ＸＹスキャナ）
７０  プローブ側貫通孔
１０９  ステージ側貫通孔
１１０  筒孔（貫通孔）
１１２  変位検出機構部
１１４  ＳＬＤ（光源部、低コヒーレント光源）
１１９  シリンドリカルレンズ
１２１  フォトディテクタ（受光部）
１２２  第１の反射部（進行方向変更手段）
１２３  第２の反射部（進行方向変更手段）
１２６  補正ガラス（光路補正手段）
１２８  集光レンズ
１４０  散乱板
Ｓ    試料
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
（実施例１）
以下、本発明の第１実施例における走査型プローブ顕微鏡について、図面を参照して説明する。本実施例においては、カンチレバーを共振周波数付近で振動させながら試料に近づけ、振巾や位相の変化量により、プローブと試料間の距離を一定に保ちながら走査するＤＦＭモード（Dynamic Force Mode）による液中測定を行うものとする。【００４９】
この走査型プローブ顕微鏡１は、倒立顕微鏡と組み合わせたものであり、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、基台としての除振台２に設置された本体部３と、この本体部３の上方に設けられた測定部４と、測定部４の下方に設けられた倒立顕微鏡８と、測定部４の上方に設けられた照明部５とを備えている。【００５０】
倒立顕微鏡８は、ＸＹステージ３１を介して除振台２に載置されている。そして、倒立顕微鏡８の上端には、レボルバ９が設けられており、このレボルバ９に、それぞれ倍率の異なる複数の対物レンズ１０が設けられている。そして、レボルバ９を回すことにより、複数の対物レンズ１０の配置が変更されるようになっており、複数の対物レンズ１０を観察位置Ｋに選択的に配置することができるようになっている。観察位置Ｋとは、試料Ｓの下方であって試料Ｓを観察するための位置をいう。【００５１】
本体部３は、除振台２から垂直に延びる支柱１２に支持された、平板状のベース１３を備えて構成されるものである。ベース１３の中央部には、ベース開口部１５が形成されており、このベース開口部１５内に、試料Ｓが載置されるステージ１６が設けられている。このステージ１６の中央にはステージ開口部１７が形成されている。【００５２】
ステージ１６は、ステージ微動機構部２７により、Ｚ軸方向に沿って移動するようになっている。なお、Ｚ軸とは、後述する反射面１４を通り、試料Ｓの表面およびステージ１６に垂直に延びる軸をいい、後述するＸ軸、Ｙ軸に直交する軸をいう。また、Ｚ軸方向とは、Ｚ軸の延びる方向をいい、走査型プローブ顕微鏡１の高さ方向をいう。【００５３】
ステージ微動機構部２７は、図２および図３に示すように、略長方形状に形成された機構本体部８６と、この機構本体部８６から、機構本体部８６の厚さ方向（すなわちＺ軸方向）に交差する方向（すなわちＸ軸方向）に延出する延出部８７とを備えている。【００５４】
延出部８７には、上述のステージ１６が設けられている。【００５５】
機構本体部８６には、延出部８７の延出方向と反対方向に延びる本体固定部９１が設けられている。本体固定部９１は、図１に示すベース１３の所定の位置に固定されており、これにより、機構本体部８６が片持ち支持されている。【００５６】
また、機構本体部８６の内部には、空洞部９３が設けられている。空洞部９３の上内壁部９４のＸ軸方向の両端のうち、本体固定部９１が設けられた方の端部には、第１平行バネ１０１が設けられており、延出部８７が設けられた方の端部には、第２平行バネ１０２が設けられている。一方、下内壁部９７のＸ軸方向の両端のうち、延出部８７が設けられた方の端部には、第３平行バネ１０３が、本体固定部９１が設けられた方の端部には、第４平行バネ１０４が設けられている。また、第２平行バネ１０２の近傍には、上内壁部９４から下方に向けて延びる下方壁部９５が設けられており、第４平行バネ１０４の近傍には、下内壁部９７から上方に向けて延びる上方壁部９６が設けられている。すなわち、下方壁部９５および上方壁部９６が、互いに反対方向に延ばされて対向して配置されている。【００５７】
そして、これら下方壁部９５と上方壁部９６との間に、Ｚ駆動部８５が設けられている。Ｚ駆動部８５は、後述するＹ駆動部５１およびＸ駆動部５２とは、物理的に分離して別個に設けられたものであり、それぞれ独立して機能するものである。Ｚ駆動部８５は、Ｘ軸方向に向けられた積層型のＺ側圧電素子９０からなるものである。そして、Ｚ側圧電素子９０は、その一端が下方壁部９５に固定され、他端が上方壁部９６に固定されている。【００５８】
このような構成のもと、Ｚ側圧電素子９０に電圧を印加すると、Ｚ側圧電素子９０がＸ軸方向に伸縮するようになっている。Ｚ側圧電素子９０が伸びると、下方壁部９５および上方壁部９６がＸ軸方向外方に押圧され、上方壁部９６は固定端付近を中心に図２における時計方向に回転するとともに、下方壁部９５も固定端付近を中心に時計方向に回転し、結果として、第１から第４の平行バネ１０１，１０２，１０３，１０４に案内されて、延出部８７がＺ軸方向に移動し、延出部８７に連結されたステージ１６がＺ軸方向に移動するようになっている。【００５９】
なお、符号１０８は静電容量センサを示すものであり、この静電容量センサ１０８によって機構本体部８６の微動量を検出することにより、ステージ１６のＺ軸方向の微動量の変位を検出したり、検出された変位により、Ｚ側圧電素子９０に印加される電圧に対して、ステージ１６を線形に移動させることができるようになっている。【００６０】
さらに、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、ステージ１６の上面には、上述の測定部４が設置されている。測定部４は、プローブ微動機構部（ＸＹスキャナ）２６を備えており、このプローブ微動機構部２６には、クランク状のクランク固定部３０が設けられている。そして、クランク固定部３０により、プローブ微動機構部２６は、その中心がステージ開口部１７に一致するように設置されている。さらに、プローブ微動機構部２６は、図４に示すように、幅寸法の異なる矩形枠状の外フレーム部４８および内フレーム部４９を備えており、これら外フレーム部４８および内フレーム部４９は、低熱膨張鋳鉄によりフラット状に形成されている。また、外フレーム部４８と内フレーム部４９とは、Ｙ駆動部５１とＸ駆動部５２とを介して、互いに同心上に連結されており、外フレーム部４８および内フレーム部４９の上面は面一にして配されている。Ｙ駆動部５１は、外フレーム部４８に形成されたＸ軸に沿って延びるＹ側空洞部５７内に設置されており、Ｘ駆動部５２は、同様にＹ軸に沿って延びるＸ側空洞部６０内に設置されている。【００６１】
Ｙ駆動部５１は、Ｘ軸方向に向けられた積層型のＹ側圧電素子５４を備えている。Ｙ側圧電素子５４には、その周囲を取り囲むように、上面視して略ひし形のＹ側変位拡大機構部５５が設けられている。そして、Ｙ側変位拡大機構部５５は、Ｙ側連結部５６を介して、内フレーム部４９に連結されている。【００６２】
また、Ｘ駆動部５２は、Ｙ軸方向に向けられた積層型のＸ側圧電素子６１を備えている。Ｘ側圧電素子６１の周囲には、上記と同様に、略ひし形のＸ側変位拡大機構部６２が設けられており、Ｘ側変位拡大機構部６２は、Ｘ側連結部６３を介して、内フレーム部４９に連結されている。【００６３】
また、内フレーム部４９の四隅には、平行バネ６７が設置されている。内フレーム部４９の底面には、略矩形の基板部６８が設けられており、基板部６８は、Ｘ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面に平行に設けられている。この基板部６８の下方には、後述するようにカンチレバーホルダー（支持部）２２に支持されたカンチレバー２０が設けられている。【００６４】
このような構成のもと、Ｙ側圧電素子５４およびＸ側圧電素子６１に電圧を印加することにより、Ｙ側変位拡大機構部５５およびＸ側変位拡大機構部６２が、それぞれＹ軸方向、Ｘ軸方向に拡大縮小し、これにより内フレーム部４９をＹ軸、Ｘ軸方向に微動させて、基板部６８を介してカンチレバー２０をＹ軸、Ｘ軸方向に微動させるようになっている。【００６５】
ここで、Ｙ軸とは、上面視してカンチレバー２０の長さ方向に延びる軸をいい、すなわち、カンチレバー２０を任意の水平面に投影した直線をいうものとする。そして、Ｙ軸方向とは、Ｙ軸の延びる方向をいい、走査型プローブ顕微鏡１の奥行方向をいう。【００６６】
また、Ｘ軸とは、反射面１４を通り、前記任意の水平面上においてＹ軸と直行する方向に延びる軸をいうものとする。そして、Ｘ軸方向とは、Ｘ軸の延びる方向をいい、走査型プローブ顕微鏡１の幅方向をいう。【００６７】
また、これらＸ軸とＹ軸とによって区画された４つの領域を、上面視して右上の領域から図４における反時計回りに、それぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ領域と呼ぶこととする。すなわち、Ｘ軸およびＹ軸を座標軸として、第１象限をＡ領域、第２象限をＢ領域、第３象限をＣ領域、第４象限をＤ領域という。そして、カンチレバー２０の基端側にはＡ、Ｂ領域が配され、先端側にはＣ、Ｄ領域が配されている。【００６８】
また、符号７８，８１は静電容量センサを示し、符号７７，８０はターゲットを示すものであり、これら静電容量センサ７８，８１によって内フレーム部４９のＹ軸、Ｘ軸方向の微動量を検出することにより、内フレーム部４９を介してカンチレバー２０のＹ軸、Ｘ軸方向の微動量の誤差を算出し、Ｙ側圧電素子５４、Ｘ側圧電素子６１に印加する電圧に対して、内フレーム部４９が線形に移動できるようになっている。
するようになっている。【００６９】
また、カンチレバーホルダ２２の中央には、図６に示すように、ガラスからなるガラスホルダ２３が設けられている。このガラスホルダ２３は、試料Ｓとガラスホルダ２３との間に、液の粘性による膜を形成させて、これによって液中測定時において、後述する変位検出機構１１２の光源部からの光や、光源４０からの照明光の乱反射等を防止するためのものである。カンチレバーホルダ２２には、Ｙ軸に沿って柱状に延びる支持部材１９が設けられており、支持部材１９の先端には、この先端から下方に垂下する垂下部材１８が設けられている。垂下部材１８の下端には、不図示のワイヤが設けられている。【００７０】
カンチレバー２０は、ステージ開口部１７の上方に設けられている。長尺状のカンチレバー２０の先端には、その下面側に、先鋭化されたプローブ２１が設けられており、上面側には、光を反射させる反射面１４が設けられている。また、カンチレバー２０の後端（後端部）２０ａは、ピエゾ素子２８を介してガラスホルダ２３に接着固定された支持台２４に載置され、前述の垂下部材１８に設けられたワイヤにより支持台２４に固定されている。これにより、カンチレバー２０は、プローブ２１が設けられた先端側が自由端となるように片持ち支持されている。【００７１】
このように構成されたカンチレバーホルダ２２において、ピエゾ素子２８に電圧を印加することにより、Ｚ軸方向に沿って所定の周波数及び振幅でカンチレバー２０が振動するようになっている。【００７２】
また、プローブ微動機構部２６の近傍には、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、モーター３７によってカンチレバー２０をＺ軸方向に粗動移動させるためのＺ粗動機構部３３が設けられており、Ｚ粗動機構部３３のベース部材３４が、本体部３のベース１３に固定されている。このＺ粗動機構部３３の上面にはＸＹステージ３５が設けられており、このＸＹステージ３５の上面に、前記クランク固定部３０が固定されている。【００７３】
さらに、プローブ微動機構部２６の上方には、上述の照明部５が設けられている。照明部５は、照明光を発する光源４０と、この光源４０からの照明光を集光するためのコンデンサレンズ４１とを備えている。コンデンサレンズ４１は、倒立顕微鏡８に連なるレンズ支持部４２によって、プローブ微動機構部２６の中心上方に配されて、プローブ微動機構部２６に対して上下動可能に支持されている。【００７４】
さらに、本実施例におけるプローブ微動機構部２６は、図５に示すように、基板部６８の上面に、カンチレバー２０の変位を検出する変位検出機構部１１２が設けられて構成されている。変位検出機構部１１２は、低コヒーレント光源としての波長８３０ｎｍの近赤外光の波長を持つ、スーパー・ルミネッサンス・ダイオード（以下、「ＳＬＤ」という）１１４を備えている。ＳＬＤ（光源部、低コヒーレント光源）１１４は、基板部６８の四隅の角部のうち、Ｄ領域に配される角部の近傍に設置されている。そして、ＳＬＤ１１４を駆動すると、Ｙ軸を挟んだ反対の領域、すなわちＣ領域に向けて、Ｘ軸に沿って進行する低コヒーレント光を照射するようになっている。ＳＬＤ１１４の近傍であって、ＳＬＤ１１４からの光の光路上には、光学系１１５が設置されている。光学系１１５は、ＳＬＤ１１４に対向して配置された集光用の非球面レンズ１１７を備えている。そして、この非球面レンズ１１７から、Ｄ領域からＣ領域に向かう方向に、収差補正用のアクロマテックレンズ１１８、シリンドリカルレンズ１１９が順番に配列されている。【００７５】
光学系１１５を構成するレンズ群１１７，１１８，１１９は、ＳＬＤ１１４からの出射光をカンチレバー２０の反射面１４に結像させるようになっている。【００７６】
シリンドリカルレンズ１１９は、非点収差補正用に設けられたものであり、反射面１４への結像スポットの広がりを補正するようになっている。【００７７】
また、前記四隅の角部のうちＣ領域に配される角部の近傍には、第１の反射部（進行方向変更手段）１２２が設けられている。第１の反射部１２２は、ＳＬＤ１１４および光学系１１５とＸ軸線に沿って配列されており、これによりＳＬＤ１１４からの光が、光学系１１５を透過して、第１の反射部１２２に到達するようになっている。さらに、第１の反射部１２２は、その到達した光を反射させて、その進行方向を変更し、反射光をＹ軸に沿って進行させるようになっている。さらに、Ｃ領域内におけるＸ軸の近傍には、図５および図７に示す第２の反射部（進行方向変更手段）１２３が設けられており、これら第１の反射部１２２と第２の反射部１２３との間には、平板状の補正ガラス（光路補正手段）１２６が設けられている。すなわち、第１の反射部１２２、補正ガラス１２６および第２の反射部１２３は、Ｙ軸に沿って配列されている。【００７８】
補正ガラス１２６は、ガラス支持部１２７により光路上から着脱可能に支持されており、補正ガラス１２６を所定の位置に取り付けると、第１の反射部１２２からの反射光が補正ガラス１２６を透過するようになっている。そして、この補正ガラス１２６を取り付けたときと、取り外したときとでは、補正ガラス１２６による屈折の有無によって、光路長が変わるようになっている。【００７９】
ここで、液中測定を行うときと、大気中測定を行うときとでは、光路長が異なるようになる。なぜなら、反射面１４への入射光が培養液を透過することにより屈折するからである。本実施例においては、補正ガラス１２６を透過させることにより、液中測定に適した光路長になるように設定され、補正ガラス１２６を取り外すと、大気中測定に適した光路長になるように設定されている。【００８０】
第２の反射部１２３は、第１の反射部１２２からの反射光をさらに反射させて、進行方向を変更し、その反射光を反射面１４に向けて照射するようになっている。【００８１】
また、Ｄ領域におけるカンチレバー２０の近傍であって、反射面１４からの反射光の光路上には、その反射光を集光するための、例えば両凸レンズからなる集光レンズ１２８と、例えば四分割されて構成されたフォトディテクタ（受光部）１２１とが設けられている。【００８２】
そして、上述したＳＬＤ１１４、光学系１１５、第１の反射部１２２、補正ガラス１２６、第２の反射部１２３、反射面１４、集光レンズ１２８およびフォトディテクタ１２１は、Ｃ領域およびＤ領域にわたって、上面視して略環状に配置されている。【００８３】
このような構成のもと、図５および図６に示すように、反射面１４には、第２の反射部１２３からの反射光が、Ｃ領域の上方から、Ｘ軸およびＹ軸に対して傾けられて入射し、さらに、Ｄ領域の上方に向けて、Ｘ軸およびＹ軸に対して傾けられて出射するようになっている。【００８４】
例えば、本実施例においては、第２の反射部１２３の設置角度は、その反射面が、Ｚ軸に対して６０°、Ｙ軸に対して４８°になるように設定されている。これにより、第２の反射部１２３において反射した光は、Ｚ軸に対して５０°、Ｘ軸に対して１５°に傾けられて反射面１４に入射するようになっている。また、カンチレバー２０の設置角度は、Ｙ軸に対して９°に設定されている。【００８５】
なお、これらの角度は、上述の設定に限られたものではなく、適宜変更可能である。特に、反射面１４への入射光は、Ｘ軸に対して０°を超えて４５°以下に設定するのが好ましい。【００８６】
さらに、変位検出機構部１１２は、フォトディテクタ１２１をＹ軸、Ｚ軸方向に移動させる受光側ＹＺステージ１３１と、ＳＬＤ１１４および光学系１１５をＹ軸、Ｚ軸方向に移動させる光源側ＹＺステージ１３２とを備えている。そして、受光側ＹＺステージ１３１は、レバー１３３を備えており、このレバー１３３を操作することにより、フォトディテクタ１２１のＹ軸、Ｚ軸方向における位置を調整することができるようになっている。同様にして、光源側ＹＺステージ１３２により、ＳＬＤ１１４および光学系１１５のＹ軸、Ｚ軸方向における位置を調整することができるようになっている。【００８７】
また、本実施例における基板部６８の中央には、Ｚ軸方向に向けられたプローブ側貫通孔７０が形成されている。そして、このプローブ側貫通孔７０に、図１に示す光源４０からの照明光が通されるようになっている。【００８８】
また、図２に示すように、本実施例における延出部８７には、Ｚ軸方向に向けられたステージ側貫通孔１０９が形成されている。さらに、図１に示す倒立顕微鏡８に設けられたフォーカシングダイヤル８ａを操作することにより、対物レンズ１０が上下動するようになっており、ステージ側貫通孔１０９を介して、対物レンズ１０により試料Ｓを観察することができるようになっている。【００８９】
次に、このように構成された本実施例における走査型プローブ顕微鏡１の作用について説明する。【００９０】
まず、試料Ｓを不図示の液中セルを介してステージ１６に載置する。そして、光源４０をオンにし、試料Ｓに向けて照明光を照射する。すると、その照明光は、プローブ側貫通孔７０を通り、カンチレバーホルダ２２のガラスホルダ２３、試料Ｓを順に透過して、さらにステージ側開口部１７を通ることにより、観察位置Ｋに配された対物レンズ１０に到達する。これによって、対物レンズ１０を介して、試料Ｓの状態が観察される。このとき、レボルバ９を回すと、はじめの対物レンズ１０が観察位置Ｋから外れ、他の対物レンズ１０が観察位置Ｋに配置される。これにより、適切な倍率の対物レンズ１０が選択される。また、フォーカシングダイヤル８ａを操作すると、対物レンズ１０が上方に移動し、対物レンズ１０が試料Ｓに近接し、フォーカシングされる。【００９１】
これによって試料Ｓの初期観察が行われる。この結果に応じて、詳細な被測定箇所を特定し、走査型プローブ顕微鏡による詳細測定が行われる。このときの測定箇所は、ＸＹステージ３１により、倒立顕微鏡８を動かして位置決めされる。【００９２】
詳細測定を行うには、まず補正ガラス１２６を取り付けて、さらに試料Ｓの表面とプローブ２１の位置を、倒立顕微鏡８の像を見ながら、ＸＹステージ３５により位置合わせをする。次に、ＳＬＤ１１４、光学系１１５およびフォトディテクタ１２１の位置を調整する。すなわち、図５に示すように、ＳＬＤ１１４から照射した光Ｌが、反射面１４に確実に入射するように、光源側ＹＺステージ１３２で位置調整を行う。また、フォトディテクタ１２１上にスポットがくるように、受光側ＹＺステージ１３１によって位置調整を行う。それから、モーター３７を駆動して、Ｚ粗動機構部３３により、カンチレバー２０を粗動移動させて、カンチレバー２０を液中セルの培養液に浸漬させる。そして、プローブ２１を試料Ｓの表面近傍に位置させる。【００９３】
ここで、図５、図６、図８、図９を参照しながら、光の進行状態を説明する。なお、図８は、第１の反射部１２２、第２の反射部１２３、ガラスホルダ２３、カンチレバー２０の周囲の媒質を省略して、光路を直線上に展開したものである。したがって、実際の屈折の状態は反映されていない。【００９４】
ＳＬＤ１１４を駆動すると、ＳＬＤ１１４から低コヒーレントな光Ｌが照射され、この光ＬがＣ領域に向かってＸ軸に沿って進行する。そして、光Ｌは、非球面レンズ１１７を透過することによって集光させられた状態で、アクロマテックレンズ１１８を透過する。このアクロマテックレンズ１１８透過することによって収差補正がなされ、アクロマテックレンズ１１８を透過した光はシリンドリカルレンズ１１９を透過する。このシリンドリカルレンズ１１９を透過することにより、非点収差補正がなされる。【００９５】
さらに、シリンドリカルレンズ１１９を透過した光Ｌは、第１の反射部１２２に到達する。そして、その光Ｌは反射してＢ領域に向かってＹ軸に沿って進行し、補正ガラス１２６を透過する。この補正ガラス１２６を透過することにより、光Ｌが屈折し光路長が変更されて、液中測定に適した光路長になる。【００９６】
さらに、補正ガラス１２６を透過した光Ｌは、第２の反射部１２３に到達し、そこで反射する。この反射光は、上述したように、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に対して所定の角度だけ傾けられてＣ領域の上方から反射面１４に結像する。本実施例では反射面１４におけるＳＬＤのスポットサイズは直径約１０μｍである。反射面１４に入射した光Ｌは、そこで反射して、再び拡がりながらＤ領域に向けて進行する。すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に対して所定の角度だけ傾けられてＤ領域の上方に向けて進行する。反射面１４からの光Ｌは、集光レンズ１２８を透過することにより、フォトディテクタ１２１に向かって結像する。【００９７】
このように、ＳＬＤ１１４から照射された光Ｌは、Ｃ領域およびＤ領域にわたって、上面視して略環状に進行する。【００９８】
ここでカンチレバー２０の種類や、カンチレバーホルダ２２への取付誤差などにより反射面１４の位置が変わる。また、ガラスホルダ２３とサンプルＳ間の媒質（液体や空気）によって光が屈折し、反射面１４への入射角が変わり、ＸＹ平面内で結像位置のずれが生じる。また、光軸方向の結像位置も変わる。このとき、光源側ＹＺステージ１３２でＳＬＤ１１４と光学系１１５を動かすことにより、結像位置をＸＹ平面内で動かすことができ、反射面１４へＳＬＤ１１４のスポットを結像させることができる。また、補正ガラス１２６により光路長を変えることができ、異なる媒質間での光軸方向の結像位置の補正も可能である。【００９９】
ここで、ＳＬＤ１１４から照射した光Ｌを、カンチレバー２０の反射面１４に位置合わせする場合には、倒立顕微鏡に設けられた対物レンズ１０により、カンチレバー２０と光Ｌのスポットを同一の視野内で観察しながら位置を調整する。位置合わせ前は、光Ｌのスポットはカンチレバー２０の反射面１４から大きくずれているため、ある程度の視野面積を確保できた方が位置合わせを行いやすい。このため、本実施例では、倍率４倍の対物レンズで観察を行った。【０１００】
ここで、カンチレバー２０の反射面１４への入射光線をＸ−Ｚ平面に投影した光路図を図９に示す。この図からわかるように、対物レンズ１０の立体角に対して、入射光は、暗視野照明の状態で入射するため、対物レンズ１０に光が入らず、スポットを観察することが困難である。そこで、本発明では、あらかじめ、Ｚ粗動機構部３３により、カンチレバー２０と試料Ｓの間にすきまを設け、この間に散乱板１４０を挿入し、散乱板１４０上で散乱された光のスポットと、カンチレバー２０を対物レンズ１０で観察し、スポットを反射面１４に位置合わせを行った後、散乱板１４０を引き抜いてＺ粗動機構部３３により試料Ｓにプローブ２１を近接させるようにした。散乱板１４０による位置合わせの際には、光路のずれを防ぐため、散乱板１４０とガラスホルダ２３の間に培養液を入れた。散乱板１４０は、図１０に示すようにガラスの基板１４１に厚さ２０ｎｍのクロムの膜１４２を２μｍピッチで格子上に設けたものを使用した。このような散乱板１４０を用いると、クロムの膜がついていない部分からガラス基板１４１を透過してカンチレバー２０が観察でき、またクロム膜１４２の部分でスポットが散乱されて散乱光が対物レンズ１０により集光され、スポット観察も可能となる。【０１０１】
ＳＬＤ１１４は波長830nmの近赤外光である。近赤外光を使うことでバイオサンプルの測定時などに蛍光が励起されづらいといった利点がある。対物レンズ１０でスポットを観察する場合には、安全性を考慮してＣＣＤカメラ（図示せず）により行うが、ＣＣＤカメラは赤外にも感度を持つため、可視光以外の光でも観察することが可能である。【０１０２】
なお、散乱板１４０は、対物レンズ１０と試料Ｓの下面の間に配置してもよい。また、スポットの観察は、試料Ｓの直上に配置した反射型の顕微鏡で行ってもよい。【０１０３】
また、反射面１４からの反射光の反射角は、前述の入射角の違いにより異なり、また、媒質の違いにより反射光の屈折角も変わる。したがって、反射光の光路は一義的には定まらない。また、反射面１４に結像されたあと光は再び広がる。【０１０４】
このような条件で、フォトディテクタ１２１で反射光のスポットの検出を行う場合には、任意の方向に進行する光線上にフォトディテクタ１２１を位置合わせするために、広い領域で位置合わせ可能な受光側ＹＺステージ１３１を準備する必要があり、また、広がる光線をフォトディテクタ１２１上の受光面内に収めるためには大きな面積を持つフォトディテクタを準備する必要がある。このような構成とした場合には装置が大型化し、走査型プローブ顕微鏡の測定精度が低下する。また、位置合わせも非常に困難となる。【０１０５】
そこで、反射面１４からフォトディテクタ１２１面に至る光路中の適切な位置に集光レンズ１２８を配置することにより、フォトディテクタ１２１に向かって光が結像し、フォトディテクタ１２１面内に収まるような適切なスポットサイズを選択できるとともに、集光レンズ１２８により、光線を屈折させて特定の領域内にスポットを集めることができる。このように構成することでフォトディテクタ１２１や受光側ＹＺステージ１３１を小型化でき、フォトディテクタ１２１の位置合わせも容易に行うことが可能となる。
ここで、カンチレバー２０がＺ軸方向に撓んだ場合、フォトディテクタ１２１面上のスポットは円弧の軌跡を描くが、撓み量が微小な場合には、概ねＹ軸に対して１５度傾いた方向に線形に移動する。また、摩擦力顕微鏡などで使用する場合には、カンチレバー２０の長軸周りのカンチレバーのねじれを検出するが、カンチレバーがねじれた場合には、Ｙ−Ｚ平面で撓みの軌跡と概ね直交する方向に移動する。【０１０６】
この状態から、ピエゾ素子２８に電圧を印加して、カンチレバー２０を介してプローブ２１を、Ｚ軸に沿って所定の周波数および振幅で振動させる。そして、図４に示すＹ側圧電素子５４およびＸ側圧電素子６１に電圧を印加する。すると、Ｙ側圧電素子５４およびＸ側圧電素子６１が伸縮し、Ｙ側変位拡大機構部５５およびＸ側変位拡大機構部６２を介して、内フレーム部４９がＸＹ軸方向に微動する。これにより、プローブ２１が試料Ｓ上を所定の走査速度でラスタースキャンする。【０１０７】
このとき、内フレーム部４９がＸ軸、Ｙ軸方向に微動すると、静電容量センサ７８，８１によって、そのＸ軸、Ｙ軸方向の微動量が検出されて、Ｘ軸、Ｙ軸方向の誤差が補正される。このように、Ｘ軸、Ｙ軸方向の微動量を補正することによって、Ｙ側圧電素子５４やＸ側圧電素子６１のヒステリシスやクリープに影響されず、Ｘ軸、Ｙ軸方向に線形に動作する。【０１０８】
走査の際、試料Ｓの凹凸に応じて、プローブ２１と試料Ｓの表面との距離が変わると、原子間力や間欠的な接触力によりプローブ２１が斥力または引力を受けるので、カンチレバー２０の振動状態が変化し、振巾や位相が変わる。フォトディテクタ１２１として受光面を四分割したディテクタを用いた場合、この振巾や位相の変化は、フォトディテクタ１２１の異なる２対の分割面の出力差（ＤＩＦ信号と呼ぶ）として検出される。このＤＩＦ信号は、不図示のＺ電圧フィードバック回路に入力される。そして、Ｚ電圧フィードバック回路は、ＤＩＦ信号により振巾や位相が同じになるように、図２に示すＺ側圧電素子９０に電圧を印加する。【０１０９】
Ｚ側圧電素子９０は、電圧が印加されることにより高速で伸縮を繰り返す。Ｚ側圧電素子９０が伸縮すると、延出部８７を介してステージ１６が非常に高い周波数でＺ軸方向に移動し、ステージ１６上の試料ＳがＺ軸方向に移動する。これにより、上記走査の際、プローブ２１と試料Ｓの表面との間の距離が常に一定に保たれる。【０１１０】
また、ステージ１６がＺ軸方向に移動すると、静電容量センサ１０８により、機構本体部８６の微動量が検出され、この検出結果に応じて、ステージ１６のＺ軸方向の微動量の誤差が算出され、Ｚ軸方向の誤差が補正される。これにより、ステージ１６がＺ軸方向に線形に動作させることができる。【０１１１】
なお、静電容量センサ１０８により微動量を検出し、それを走査型プローブ顕微鏡の高さ情報として表示させてもよい。この場合、より高速走査が可能となる。【０１１２】
このようにして、Ｘ側、Ｙ側、Ｚ側圧電素子５４、６１、９０に印加した電圧を不図示の制御部に入力し、画像化することで試料Ｓの表面の形状像を測定することができる。また、プローブ２１と試料Ｓとの間に働くいろいろな力や物理作用を測定することで、粘弾性、試料Ｓの表面電位分布、試料Ｓの表面の漏れ磁界分布、近接場光学像等の各種の物性情報の測定が行われる。【０１１３】
以上より、本実施例における走査型プローブ顕微鏡１によれば、Ｃ領域の上方から、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に対して傾けて、反射面１４に光Ｌを入射させることにより、カンチレバー２０の先端側上方の開放されたスペースを有効利用することができ、カンチレバー２０の上方にコンデンサレンズ４１を配置しても、光Ｌの進行を遮らせることなく、光Ｌを反射面１４に容易に入射させることができる。そのため、倒立顕微鏡８と組み合わせて、迅速かつ高精度な測定を行うことができる。【０１１４】
また、Ｃ領域から反射面１４に入射した光Ｌを、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に対して傾けてＤ領域に向けて反射させることにより、その反射した光Ｌの進行を遮らせることなく、フォトディテクタ１２１に容易に到達させることができる。【０１１５】
さらに、光源部１１４に半導体レーザを使用した場合、カンチレバー２０の反射面１４やサンプルＳの表面からの戻り光によりノイズが発生するが、この戻り光が抑制されて、戻り光ノイズが少なくなる。このため、光源からの光量を大きくすることができ、測定感度も向上する。【０１１６】
また、第１の反射部１２２および第２の反射部１２３を基板部６８に設けて、ＳＬＤ１１４からの光Ｌが反射面１４に向かうように進行方向を変更させていることから、基板部６８上のスペースを有効利用することができ、小型化を容易にすることができる。【０１１７】
さらに、ＳＬＤ１１４や第１の反射部１２２、第２の反射部１２３、フォトディテクタ１２１などを、上面視して略環状に配置しているため、装置を薄く構成でき、その環状の中央の上方に、コンデンサレンズ４１を配置することができ、基板部６８上のスペースをより有効的に利用することができる。【０１１８】
また、補正ガラス１２６を着脱可能に設けていることから、補正ガラス１２６を着脱することにより、液中測定に必要な光路長と、大気中測定に必要な光路長とのズレを迅速かつ容易に補正することができる。これにより、光軸方向の移動機構を設けたり、媒質によりカンチレバーホルダ２２を交換したりする必要がなく、装置を小型化でき、操作性も向上させることができる。【０１１９】
また、プローブ微動機構部２６によって、プローブ２１をＸ軸、Ｙ軸方向に確実に移動させることができ、プローブ２１を試料Ｓに精度よく確実に走査させることができる。【０１２０】
さらに、プローブ微動機構部２６にプローブ側貫通孔７０を設け、このプローブ側貫通孔７０に照明光を通していることから、照明光の進行が変位検出機構１１２によって邪魔されることなく、高精度に測定することができる。また、変位検出機構１１２を薄型に構成できるため、ＮＡの大きなコンデンサレンズが使用でき、倒立顕微鏡８の像がより高分解能で明瞭となる。【０１２１】
また、ステージ微動機構部２７にステージ開口部１７を設けていることから、対物レンズ１０を試料Ｓに一層近接させることができ、高ＮＡの対物レンズを設けて高精度な測定を行うことができる。【０１２２】
また、光源部としてＳＬＤ１１４を設け、低コヒーレント光を照射させることから、カンチレバー２０の反射面１４からの反射光と、サンプルＳの表面からの反射光とが干渉することによって発生する干渉縞を抑制することができ、高精度な測定を行うことができる。【０１２３】
さらに、シリンドリカルレンズ１１９を設けたことから、ガラスホルダ２３を透過させて斜めから光を入射した場合でも、光学系の非点収差を補正することができ、小型で円形に近いスポット形状が得られ、一層高精度な測定を行うことができる。【０１２４】
また、集光レンズ１２８を設けたことから、フォトディテクタ１２１に到達するスポットを、フォトディテクタ１２１面内に収まるような適切な大きさにでき、狭い領域に集めることができる。
（実施例２）
次に、本発明の第２の実施例について説明する。【０１２５】
図１１は、本発明の第２の実施例を示したものである。【０１２６】
図１１において、図１から図１０に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。【０１２７】
この実施例と上記第１の実施例とは基本的構成は同一であり、以下の点において異なるものとなっている。【０１２８】
すなわち、本実施例における走査型プローブ顕微鏡１は、正立顕微鏡８と組み合わせたものであり、正立顕微鏡８には光源４０が設けられ、本体部３の光源４０の上方にはコンデンサレンズ４１が設けられている。また、コンデンサレンズ４１の上方にはステージ微動機構部２７が設けられている。ステージ微動機構部２７はＺ側圧電素子９０からなり、Ｚ側圧電素子９０はＺ軸方向に向けて設置されている。Ｚ側圧電素子９０には、Ｚ軸方向に向けられた筒孔（貫通孔）１１０が形成されており、この筒孔１１０に光源４０からの照明光が通されるようになっている。【０１２９】
また、プローブ微動機構部２６の上方には、観察位置Ｋに対物レンズ１０が設けられている。ここでの観察位置Ｋとは、プローブ微動機構部２６の上方から、プローブ２１またはカンチレバー２０を観察する位置をいう。対物レンズ１０は、観察位置Ｋにおいて上下動するようになっており、下方に移動させると、プローブ側貫通孔７０に挿入されるようになっている。【０１３０】
このような構成のもと、光源４０からの照明光は、筒孔１１０を通って試料Ｓを透過する。また、対物レンズ１０を下方に移動させて、プローブ側貫通孔７０に挿入すると、対物レンズ１０はカンチレバー２０または試料Ｓに近接する。【０１３１】
以上より、ステージ微動機構部２７には筒孔１１０が設けられ、この筒孔１１０に照明光を通していることから、照明光の進行を邪魔することなく、高精度に測定することができる。
また、ＳＬＤのスポットをカンチレバーの反射面に位置合わせする場合にも、第一の実施例と同じく、カンチレバーとサンプルの間に散乱板を配置し、正立顕微鏡の対物レンズ１０で観察することにより行うことが可能となる。この場合の散乱板は半導体ウエハなど反射性の基板上に散乱体を構成することが望ましい。【０１３２】
また、この対物レンズ１０を、プローブ側貫通孔７０に挿入することができることから、カンチレバー２０や試料Ｓに対物レンズ１０を一層近接させることができ、高ＮＡの対物レンズを設けて高精度な測定を行うことができる。【０１３３】
なお、上記第１および第２の実施例では、ＸＹスキャナとして、カンチレバー２０をＸ軸、Ｙ軸方向に微動させるプローブ微動機構部２６を設けたが、これに限ることはなく、プローブ微動機構部２６をＺスキャナとして、カンチレバー２０をＺ軸方向に微動させてもよい。この場合、ＸＹスキャナとしてのステージ微動機構部２７によって、ステージ１６をＸ軸、Ｙ軸方向に移動させる。【０１３４】
また、プローブ微動機構部２６とステージ微動機構部２７とを設けたが、これに限ることはなく、ＸＹＺスキャナとして３次元アクチュエータなどを設けるようにしてもよい。このとき、３次元アクチュエータは、プローブ側、サンプル側のいずれに配置してもよい。【０１３５】
また、上記実施例では、走査型プローブ顕微鏡用変位検出機構は、カンチレバーまたは試料を微動させるスキャナと一体構成としたが、スキャナとは独立に構成してもよく、また、ＸＹＺのスキャナの一部または全部を備えていない場合も本発明に含まれる。【０１３６】
また、カンチレバー２０は長尺状のものに限定されず、上面視して三角形状のものや、断面が円形で光ファイバーの先端を先鋭化して湾曲させた近接場顕微鏡用のベントプローブなどでもよい。【０１３７】
また、ＤＦＭモードによる観察としたが、これに限ることはなく、コンタクトＡＦＭなどの種々のモードに適用可能である。
さらに、顕微鏡として透過照明法を利用した倒立顕微鏡と正立顕微鏡の他、反射照明法による顕微鏡も本発明に含まれる。
さらに、近接場顕微鏡にも適用することができる。近接場顕微鏡に適用すると、高ＮＡの対物レンズを、プローブ先端が観察可能な位置に任意の角度で対物レンズを配置することができるため、近接場光の励起や集光効率を向上させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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